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工業(yè)建筑構(gòu)造

(―)單層廠房的結(jié)構(gòu)組成

單層廠房的骨架結(jié)構(gòu)，是由支承各種豎向和水平荷載作用的構(gòu)件所組成。廠房依靠各

種結(jié)構(gòu)構(gòu)件合理的連接為一體，組成一個(gè)完整的結(jié)構(gòu)空間以保證廠房的堅(jiān)固、耐久。

1.承重結(jié)構(gòu)

(1)橫向排架:由基礎(chǔ)、柱、屋架組成，主要是承受廠房的各種豎向荷載。

(2)縱向連系構(gòu)件：由吊車梁、圈梁、連系梁、基礎(chǔ)梁等組成，與橫向排架構(gòu)成骨架，保證廠房的整體性和穩(wěn)定性。.

(3)支撐系統(tǒng)構(gòu)件：支撐系統(tǒng)包括柱間支撐和屋蓋支撐兩大部分。支撐構(gòu)件設(shè)置在屋架之間的稱為屋架支撐;設(shè)置在縱向柱列之間的稱為柱間支撐。支撐構(gòu)件主要傳遞水平荷載，起保證廠房空間剛度和穩(wěn)定性的作用。

2.圍護(hù)結(jié)構(gòu)

單層廠房的圍護(hù)結(jié)構(gòu)包括外墻、屋頂、地面、門窗、天窗、地溝、散水、坡道、消防梯、吊車梯等。

(二)單層廠房承重結(jié)構(gòu)構(gòu)造

1.屋蓋結(jié)構(gòu)

(1)屋蓋結(jié)構(gòu)類型。屋蓋結(jié)構(gòu)根據(jù)構(gòu)造不同可以分為兩類：有檁體系屋蓋或無檁體系屋蓋。有檀體系屋面的剛度差，配件和接縫多，在頻繁振動(dòng)下易松動(dòng)，但屋蓋重量較輕，適合小機(jī)具吊裝，適用于中小型廠房。無檁體系屋面板直接擱置在屋架或屋面梁上，整體性好，剛度大，大中型廠房多采用這種屋面結(jié)構(gòu)形式。

(2)屋蓋的承重構(gòu)件。屋蓋結(jié)構(gòu)的主要承重構(gòu)件，直接承受屋面荷載。按制作材料分為鋼筋混凝土屋架或屋面梁、鋼屋架、木屋架和鋼木屋架。

1)鋼筋混凝土屋架或屋面梁。鋼筋混凝土屋面梁構(gòu)造簡單、高度小、重心低、較穩(wěn)定、耐腐蝕、施工方便。但構(gòu)件重、費(fèi)材料。一般跨度9m以下時(shí)用單坡形，跨度12?18m為雙坡。普通鋼筋混凝土屋面梁的跨度一般不大于15m,預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土屋面梁跨度一般不大于18m。

兩鉸或三鉸拱屋架都可現(xiàn)場集中預(yù)制，現(xiàn)場組裝，用料省，自重輕，構(gòu)造簡單。但其剛度較差，尤其是屋架平面的剛度更差，對有重型吊車和振動(dòng)較大的廠房不宜采用。一般的實(shí)用跨度是9?15m。.

桁架式屋架按外形可分為三角形、梯形、拱形、折線形等類型。三角形組合式屋架自重較輕，這種屋架的弦桿受力不太理想，但其上弦坡度卻適于使用板瓦等有檁結(jié)構(gòu)的屋面。拱形屋架受力最合理，但由于屋架端部屋面坡度太陡，適用于卷材屋面防水面中的中、重型廠折線形屋架吸引了拱形屋架的合理外形，改善了屋面坡度，是目前較常采.用的一種屋架形式。見圖2.1.31。

2)鋼屋架。無檁鋼屋架是將大型屋面直接支承地鋼屋架上，屋架間距就是大型屋面板的跨度。一般為6m。特點(diǎn)是：構(gòu)件的種類和數(shù)量少，安裝效率高，施工進(jìn)度快，易于進(jìn)行鋪設(shè)保溫層等屋面工序的施工。其突出的優(yōu)點(diǎn)是屋蓋橫向剛度大、整體性好、屋面構(gòu)造簡單、較為耐久。但因屋面自重較重，對抗震不利。一般是中型以上特別是重型廠房，因其對廠房的橫向剛度要求較高，采用無檁方案比較合適。

有檁鋼屋架是在屋架上設(shè)檁條，在檁條上再鋪設(shè)屋面板，屋架間距就是檁條的跨度，通常為4?6m，檁條間距由所用屋面材料確定。有檁方案具有構(gòu)件重量輕、用料省、運(yùn)輸及安裝較方便等優(yōu)點(diǎn);缺點(diǎn)是屋蓋構(gòu)件數(shù)量多、構(gòu)造復(fù)雜、吊裝次數(shù)多、橫向整體剛度差。對于中小型廠房，特別是不需要設(shè)保溫層的廠房，采用有檁方案比較合適。

3)木屋架、鋼木屋架。對于溫度高、濕度大、結(jié)構(gòu)跨度較大和有較大振動(dòng)荷載的場所，不宜采用木屋蓋結(jié)構(gòu)。木屋蓋結(jié)構(gòu)適用范圍：跨度不超過12m，室內(nèi)相對濕度不大于70%，室內(nèi)溫度不大于50°C，吊車起重量不超過5t，懸掛吊車不超過1t。一般全木屋架適用跨度不超過15m，鋼木屋架的下弦受力狀況好，剛度也較好，適用跨度為18?21m。.

2.柱

廠房中的柱由柱身(包括上柱和下柱)、牛腿及柱上預(yù)埋鐵件組成，柱是廠房中的主要承重構(gòu)件之一，在柱頂上支承屋架，在牛腿上支承吊車梁。柱子的類型很多，按材料分為磚柱、鋼筋混凝土柱、鋼柱等，目前采用較多的是鋼筋混凝土柱。

(1)鋼筋混凝土柱。鋼筋混凝土柱按截面的構(gòu)造尺寸分為矩形柱、工字形柱、雙肢柱、管柱等。見圖2.1.32。

矩形柱截面有方形和長方形兩種，多采用長方形，截面尺寸b×h，一般為400mm×600mm，其特點(diǎn)是外形簡單，受彎性能好，施工方便，容易保證質(zhì)量要求。但柱截面中間部分受力較小，不能充分發(fā)揮混凝土的承載能力，自重也重，僅適用于小型廠房。

工字形柱截面尺寸b×h，一般為400mmX600mm、400mmX800mm、'500mmX1500mm等，與截面尺寸相同的矩形柱相比，承載力基本相等，但因?yàn)楣ぷ中沃鶎⒕匦沃鶛M截面受力較小的中間部分的混凝土省_去做成腹板，則可節(jié)約混凝土30%?50%。若截面高度較大時(shí)，為了方便水、暖、電等管線穿過，又減輕柱的自重，也可在腹板上開孔。但工字形柱制作比矩形柱復(fù)雜，在大、中型廠房內(nèi)采用較為廣泛。

雙肢柱由兩根承受軸向力的肢桿和聯(lián)系兩肢的腹桿組成。.其腹桿有平腹桿和斜腹桿兩種布置形式。平腹桿雙肢柱的外形簡單，施工方便，腹桿上的長方孔便于布置管線，但受力性能和剛度不如斜腹桿雙肢柱。斜腹桿雙肢柱是桁架形式，各桿基本承受軸向力，彎矩很小，較省材料。當(dāng)柱的高度和荷載較大，吊車起重量大于30t，柱的截面尺寸b×h大于600mmX1500mm時(shí)，宜選用雙肢柱。

鋼筋混凝土管柱有單肢管柱和雙肢管柱之分，單肢管柱的外形和等截面的矩形柱相似，可伸出支承吊車梁的牛腿。雙肢管柱的外形類似雙肢柱，管肢D為300?500mm,壁厚60mm左右。鋼筋混凝土管柱在工廠預(yù)制，可采用機(jī)械化方式生產(chǎn)，可在現(xiàn)場拼裝，受氣候影響較小;但因外形是圓的，設(shè)置預(yù)埋件較困難，與墻的連接也不如其他形式的柱方便。

(2)鋼-鋼混凝土組合柱。當(dāng)柱較高，自重較重，因受吊裝設(shè)備的限制，為減輕柱重量時(shí)一般采用鋼-鋼混凝土組合柱。其組合形式為上柱為鋼柱，下柱為鋼筋混凝土雙肢柱。

(3)鋼柱。一般分為等截面和變截面形式兩類柱。它們可以是實(shí)腹式的，也可以是格構(gòu)式的。吊車噸位大的重型廠房適用選用鋼柱。

(4)柱牛腿。單層廠房結(jié)構(gòu)中的屋架、托梁、吊車梁和連系梁等構(gòu)件，常由設(shè)置在柱上的牛腿支承。鋼筋混凝土牛腿有實(shí)腹式和空腹式之分，通常多采用實(shí)腹式。鋼筋混凝土實(shí)腹式牛腿的構(gòu)造要求要滿足如下要求，見圖2.1.33。

1)為了避免沿支承板內(nèi)側(cè)剪切破壞，牛腿外緣高h(yuǎn)k≥h/3>200mm。

2)支承吊車梁的牛腿，其外緣與吊車梁的距離為100mm，以免影響牛腿的局部承壓能力，造成外緣混凝土剝落。

3)牛腿挑出距離C大于100mm時(shí)，牛腿底面的傾斜角α≤45°，否則會(huì)降低牛腿的承載能力。當(dāng)c小于或等于100mm時(shí)，牛腿底面的傾斜角α可以為0°。

3.基礎(chǔ)

基礎(chǔ)是廠房的主要承重構(gòu)件，承擔(dān)著廠房上部的全部重量，并傳送到地基。所以基礎(chǔ)起著承上傳下的重要作用。

基礎(chǔ)類型的選擇主要取決于建筑物上部結(jié)構(gòu)荷載的性質(zhì)和大小、工程地質(zhì)條件等。單p廠房一般是采用預(yù)制裝配式鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)，廠房的柱距與跨度較大，所以廠房的基礎(chǔ)一般多采用獨(dú)立式基礎(chǔ),。

4.吊車梁

吊車梁是有吊車的單層廠房的重要構(gòu)件之一。當(dāng)廠房設(shè)有橋式或梁式吊車時(shí)，需要在柱牛腿上設(shè)置吊車梁，吊車的輪子就在吊車梁鋪設(shè)的軌道上運(yùn)行。吊車梁直接承受吊車起重、運(yùn)行和制動(dòng)時(shí)的各種往返移動(dòng)荷載;同時(shí)，吊車梁還要承擔(dān)傳遞廠房縱向荷載(如山墻上的風(fēng)荷載)，保證廠房縱向剛度和穩(wěn)定性的作用。

鋼筋混凝土吊車梁的類型很多，按截面形式分，有等截面的T形、工字形吊車梁，元寶式吊車梁、魚腹式吊車梁、空腹魚腹式吊車梁等，見圖2.1.34。吊車梁可用非預(yù)應(yīng)力與預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土制作。

(1)T形吊車梁。T形截面的吊車梁，上部翼緣較寬，以增加梁的受壓面積，便于固定吊車軌道。它施工簡單，制作方便。但自重大，耗費(fèi)材料多，不是很經(jīng)濟(jì)。非預(yù)應(yīng)力混凝土T形截面吊車梁一般用于柱距6m、廠房跨度不大于30m、噸位10t以下的廠房，預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土T形吊車梁適用于10?30t的廠房。

(2)工字形吊車梁。工字形吊車梁腹壁薄，節(jié)約材料，自重較輕。預(yù)應(yīng)力工字形吊車梁適用于廠房柱距6m，廠房跨度12?33m,吊車起重量為5?25t的廠房。

(3)魚腹式吊車梁。魚腹式吊車梁腹板薄，外形像魚腹。該種形式的梁受力合理，能.充分發(fā)揮材料的強(qiáng)度和減輕自重，節(jié)省材料，可承受較大荷載，梁的剛度大。但構(gòu)造和制作比較復(fù)雜，運(yùn)輸、堆放需設(shè)專門支墊。預(yù)應(yīng)力混凝土魚腹式吊車梁適用于廠房柱距不大于12m，廠房跨度12?33m，吊車起重量為15?150t的廠房。

5.支撐

單層廠房的支撐作用：可以使廠房形成整體的空間骨架，保證廠房的空間剛度;在施工和正常使用時(shí)保證構(gòu)件的穩(wěn)定和安全;承受和傳遞吊車縱向制動(dòng)力、山墻風(fēng)荷載、縱向地震力等水平荷載。單層廠房的支撐分屋架支撐和柱間支撐兩類。

(1)屋架支撐。屋架支撐構(gòu)件主要有：上弦橫向支撐、上弦水平系桿、下弦橫向水平支撐、下弦垂直支撐及水平系桿、縱向支撐、天窗架垂直支撐、天窗架上弦橫向支撐等。支撐、系桿構(gòu)件為鋼構(gòu)件或鋼筋混凝土構(gòu)件。

1)屋架支撐布置原則。屋架支撐應(yīng)根據(jù)廠房的跨度、高度、屋蓋形式、屋面剛度、吊車起重量及工作制，有無懸掛吊車和天窗設(shè)置等情況并結(jié)合抗震要求等進(jìn)行合理布置。

①天窗架支撐：天窗上弦水平支撐一般設(shè)置于天窗兩端開間和中部有屋架上弦橫向水平支撐的開間處，天窗兩側(cè)的垂直支撐一般與天窗上弦水平支撐位置一致。上弦水平系桿通常設(shè)置在天窗中部節(jié)點(diǎn)處。

②屋架上弦橫向水平支撐：對于有檁體系必須設(shè)置;對于無檁體系，當(dāng)廠房設(shè)有橋式吊車時(shí)，通常宜在變形縫區(qū)段的兩段及有柱間支撐的開間設(shè)置。支撐間距一般不大于60m。

③屋架垂直支撐：一般應(yīng)設(shè)置于屋架跨中和支座的垂直平面內(nèi)。除有懸掛吊車外，應(yīng)與上弦橫向水平支撐同一開間內(nèi)設(shè)置。

④屋架下弦橫向水平支撐：一般用于下弦設(shè)有懸掛吊車或該水平面內(nèi)有水平外力作用時(shí)。

⑤屋架下弦縱向水平支撐：通常在有托架的開間內(nèi)設(shè)置。只有當(dāng)柱子很高，吊車起重量很大，或車間內(nèi)有臂行吊車或有較大的鍛錘時(shí)，才在變形縫區(qū)段內(nèi)與下弦橫向水平支撐組合成下弦封閉式支撐體系。

⑥縱向系桿：通常在設(shè)有天窗架的屋架上下弦中部節(jié)點(diǎn)設(shè)置;此外，在所有設(shè)置垂直支撐的屋架端部均設(shè)置有上弦和下弦的水平系桿。

2)屋架支撐的類型。包括上、下弦橫向水平支撐，上下弦縱向水平支撐，垂直支撐和縱向水平系桿(加勁桿)等。橫向水平支撐和垂直支撐一般布置在廠房端部和伸縮縫兩側(cè)的第二或第一柱間上。見圖2.1.35。

屋架上弦橫向支撐、下弦橫向水平支撐和縱向支撐，一般采用十字交叉形式，交叉角一般為25°?65°,多為45°。

(2)柱間支撐。柱間支撐的作用是加強(qiáng)廠房縱向剛度和穩(wěn)定性，將吊車縱向制動(dòng)力和山墻抗風(fēng)柱經(jīng)屋蓋系統(tǒng)傳來的風(fēng)力經(jīng)柱間支撐傳至基礎(chǔ)。柱間支撐的形式見圖2.1.36。

柱間支撐的布置形式如下：

1)有吊車或跨度小于18m或柱高大于8m的廠房，在變形縫區(qū)段中設(shè)置;有橋式吊車時(shí)，還應(yīng)在變形縫區(qū)段兩端開間上加設(shè)上柱支撐。

2)當(dāng)?shù)踯囓夗敇?biāo)高大于或等于10m時(shí)，柱間支撐應(yīng)做成兩層;當(dāng)柱截面高度大于或等于1.0m時(shí)，下柱支撐宜做成雙肢，各肢與柱翼緣連接，肢間用角鋼連接。

3)當(dāng)柱間需要通行、需設(shè)置設(shè)備或柱距較大，采用交叉式支撐有困難時(shí)，可采用門架式支撐。

柱間支撐一般用鋼材制作。其交叉角一般為35°?55°，以45°為宜。

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